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铁路交通环境振动及噪音检测与预测分析

2021-10-10 00:26:44| 来源:| 编辑:| 点击:0次

铁路交通环境振动及噪音检测与预测分析

摘 要:本文拟探讨铁路交通之振动与噪音,针对不同列车经过所產生之振动及噪音进行检测,了解火车经过对于环境的影响程度,并利用检测所得之数据进行预测分析。首先回顾国内外学者对于铁路交通环境振动及噪音所作之研究报告,说明选用之评估指标的理论基础,并叙述检测方法及其流程步骤。在选定之铁路路段,利用未有火车经过时先行检测环境之背景振动及噪音,接著就不同种类之列车经过时各进行三次检测,求得各种列车所產生之平均振动与噪音量。将检测所得之背景振动噪音以及各种列车经过產生之振动噪音量,查询火车时刻表各种列车班次时段,预测此段铁路在任一时段铁路交通之环境振动及噪音量,并导入相关管制标準来进行评估比较。日后则可利用此量测模式,对于不同铁路路段进行环境振动及噪音检测以及预测分析。

关键字:铁路交通之振动与噪音、评估指标、背景振动及噪音、管制标准、量测模式

一、前言

环境振动及噪音乃是由日常生活中各式各样的振动噪音源产生而成,振动是指一物体在一参考点上作来回摆动的运动,噪音则是令人不舒服之声音皆可属之。而振动与噪音几乎都是伴随而生的,很少有振动或是噪音单独產生的情形。环境振动的传递媒介为地表,以波的形式传递,振动强度随著距离增加而衰减。环境噪音的传递媒介则为空气,噪音大小也会随着距离增加而衰减。环境振动与噪音对於人类来说,人类首先感觉到的是环境噪音,对于环境振动的感觉则不像对环境噪音的感觉来得明显,除非是很大的振动才会有所感应。根据国内外的研究显示,环境振动及噪音会对人类造成生理与心理不同程度之影响。而环境振动还会经由地表传递到人类所居住之房舍等建筑物,使其產生振动,轻则造成房屋内之家具门窗摇晃作响,影响居住品质,严重的话则危害建筑物本体结构,造成房屋墙壁龟裂的情形。环境振动及噪音来源有很多种,像是交通工具(飞机、火车、汽车、机车等等)、工厂机台、营建工地工作机具以及军事靶场火砲射击所產生之振动噪音等等,都是日常生活中经常碰到的振动噪音源。

而对於铁路交通所造成之环境振动及噪音,在国内外都有相关之研究文献。Morihara et al. [1]是对铁路与道路交通噪音之间的响应关係作比较,探讨距离的减轻作用,结果显示靠近铁路的地区所受到的打扰比远离铁路的地区要较为严重。Fitzgerald [2]则是描述城市铁路噪音控制量测的发展与成果,分别就伦敦港区窄轨铁路的北线以及西线路段作噪音控制检测的说明。Yano et al. [3]乃是对不同类型的社区铁路噪音打扰评估尺度作比较,讨论四种藉由社会民调得来的铁路噪音打扰反应类型尺度,并且比较在相同尺度下铁路与道路交通噪音之间的响应关係。郭及卢[4]则是利用测定铁路每班列车之最大音压位準 来推算预测小时均能音压位準 ,以供铁路交通噪音评估之参考。沉及顏[5]则探讨高速铁路振动量测之仪器规格、量测设定及方法、资料分析及处理方式,同时概略说明应用高铁振动量测於监测车体、结构安全之工程技术。

同时探讨铁路交通之环境振动及噪音的研究方面,Ohrstrom [6]对於铁路交通的振动及噪音暴露效应作研究,比较有振动及无振动两个地区之间的差异。Jutulstad [7]则是叙述挪威奥斯陆到新机场之间新高速铁路干线发展之振动与噪音的问题。王等人[8]分析比较国外的管制方法,针对高铁噪音振动之物理特性,找出适合国内情况的评估指标与环境影响量表,作为订定管制标準之参考依据。中华民国振动与噪音工程学会[9]建立高速铁路振动与噪音的标準量测方法、推估模式以及评估指标,拟定高速铁路之振动噪音管制措施、对策及规范。本文之目的主要是针对铁路交通所產生之环境振动及噪音进行检测,了解火车经过对於环境的影响程度,并将检测所得之数据作预测分析,预估铁路交通在任一固定时间内所產生之振动噪音量。

二、评估指标之选用与理论基础

进行环境振动及噪音检测工作完毕后,之后便要分析检测之数据,将检测所得之原始数据换算成环境振动及噪音之评估指标,在此所谓的评估指标乃是比较评定环境振动及噪音量大小的一种标準,环境振动与环境噪音所採用之评估指标略有不同,配合管制标準来加以控管振动噪音源对於环境的影响。国内外对於各种振动噪音源所產生之环境振动及噪音,都订有相关之评估指标与管制标準,随著国情的不同,所订立之标準也有所差异。表1为世界各国对於各类型振动噪音源所產生之环境振动及噪音所採用之评估指标的比较,分为环境振动及环境噪音两个部份,由於我国尚未制定振动管制法,唯有在劳工安全卫生方面[10]有规定劳工於振动环境作业时之振动暴露量限制,以最大加速度为评估指标,另外表中所列我国对於环境振动所採用之评估指标乃是崔[11]所建立环境振动之量测与管制技术所使用之指标。

噪音的单位为分贝,写为dB。为模拟人耳对不同频率的敏感度,必须对不同中心频率之音压位準取加权函数,表1所述之噪音评估指标皆取A加权函数,单位为dBA。振动主要有三个方向,分为垂直(z轴)方向以及水平(x、y轴)方向,以垂直(z轴)方向之振动对於人体的影响较大。振动的单位同噪音一样为分贝,写作dB,并且需要作加权。

对於不同类型之振动噪音源,所需之评估指标也有所不同。根据表1所列之评估指标,配合环境振动及噪音的种类与实验室所拥有之检测仪器的功能,选择适合并可利用分析工具运算获得之评估指标,作为本文对於环境振动及噪音评估所用。以下主要对所选用之环境振动及噪音评估指标的公式原理以及定义作一叙述,并且说明各评估指标所代表之符号。

(一)环境噪音

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